CN109057756A - 平衡式无冲击液压抽油机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平衡式无冲力液压抽油机，设置悬挂的配重块平衡抽油杆的作用力，并在二者之间设置连接皮带连接，液压缸输出的动力和位移经传动皮带和平衡传动带分别驱动抽油杆和配重块，采样上下行程检测器控制换向的开始时刻，在换向过程中，采用变频调速方案使液压泵降低输出油流量和压力，采样伺服电机经直线转换装置驱动三位四通换向阀降低单位时间油流量的变化量，换向结束后，液压泵提高其输出油流量和压力，以消除换向冲击力，溢流阀起到压力安全保护的作用。

Description

平衡式无冲击液压抽油机
技术领域
本发明涉及一种平衡式无冲击液压抽油机，属于石油开采设备的技术领域。
背景技术
目前用于油田开采的地面采油设备，普遍采用游梁式机械传动抽油机。它以特别能适应野外恶劣工作环境等明显优势，一直占据着有杆泵采油地面设备的主导地位，但是因其结构庞大、传动效率低等缺点，致使调整冲程、冲次和平衡比较困难。游梁式抽油机自诞生以来，以曲柄平衡方式为主,平衡效果差，所需驱动力矩大，电动机功率和减速箱额定扭矩的配置一般都比较高，所以存在效率低的问题。
通过考察发现，现有多项关于液压抽油机的技术，通过实践发现，现有的液压抽油机的液压系统存在换向冲击力大和效率低下的问题，增加了能耗，降低了设备的寿命，并且在传动皮带或传动钢丝绳断裂后维修处置相当困难，系统维护或维修不便。
还有，针对不同的油井需要配备不同的抽油机，现有设备的难以适用各种不同的油井，通用性不强。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种长寿高效、通用性强、无换向冲力且便于维护维修的平衡式无冲击液压抽油机。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种平衡式无冲击液压抽油机，包括机械部分和电气控制部分，在所述机械部分中设置液压部分，所述电气控制部分为液压部分提供动力，并控制液压部分的动作，在所述液压部分中设置液压缸，由液压缸通过传动皮带驱动抽油杆往复运动实现抽油功能，其特征在于：所述液压缸包括缸筒和活塞杆，所述缸筒通过转轴连接固定的基座，在基座上设置第一定滑轮，在活塞杆的输出端设置驱动动滑轮、平衡动滑轮和挡块, 驱动动滑轮的轮轴与平衡动滑轮的轮轴相互平行且二者之间由轮轴连接件相连接，所述驱动动滑轮的轮轴和平衡动滑轮的轮轴是同轴心或不同轴心连接；所述传动皮带的一端连接第一松紧调节装置的一端，第一松紧调节装置的另一端为固定设置，传动皮带的另一端连接悬绳器，悬绳器连接抽油杆，所述传动皮带依次绕设在驱动动滑轮、第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮的轮缘上，所述第一松紧调节装置用于调节传动皮带的松紧程度；在所述机械部分中设置配重块，所述配重块为悬挂状态，配重块分别连接平衡传动带的一端和连接皮带的一端，所述平衡传动带的另一端连接第二松紧调节装置的一端，所述第二松紧调节装置的另一端为固定设置，所述平衡传动带依次绕设在平衡动滑轮、第四定滑轮和第五定滑轮的轮缘上；所述连接皮带的另一端连接悬绳器，所述第二松紧调节装置用于调节平衡传动带的松紧程度，连接皮带依次绕设在第六定滑轮和第七定滑轮的轮缘上。
在所述的电气控制部分中设置下行程检测器和上行程检测器用于检测挡块的位置进而检测液压缸的活塞杆输出端的位置，下行程检测器和上行程检测器的输出信号进入电气控制模块内，电气控制模块根据该信号控制伺服电机的转向，伺服电机的输出端连接直线运动转换装置的输入端，所述直线运动转换装置输出直线机械运动，直线运动转换装置的输出端驱动三位四通换向阀的阀芯，所述三位四通换向阀的回油口T和供油口P分别通过油管连接至储油箱和液压泵的出油管, 所述三位四通换向阀的工作油口A和工作油口B分别通过油管连接液压缸的两个工作油口，使所述三位四通换向阀能够控制液压缸中液压油流动的方向，所述液压泵的出油管还连接溢流阀的进油管，溢流阀的出油管连接至储油箱，所述液压泵的进油管连接至储油箱；所述液压泵由变频电机驱动，通过变频调速设定液压泵的转速，进而设定液压泵的输出油流量和油压，所述液压泵的设定输出油流量和油压不高于其额定值，所述变频电机由电气控制模块内的变频器驱动；所述三位四通换向阀的工作状态依次包括第一换向态、中间截止态和第二换向态，三位四通换向阀的工作状态在第一换向态与第二换向态之间切换的过程中要经过中间截止态，当所述三位四通换向阀工作于第一换向态时，其供油口P与工作油口B相通，其回油口T与工作油口A相通，当所述三位四通换向阀工作于中间截止态时，其供油口P与回油口T相通，其工作油口A和工作油口B关闭，当所述三位四通换向阀工作于第二换向态时，其供油口P与工作油口A相通，其回油口T与工作油口B相通。
所述的传动皮带、平衡传动带和连接皮带是钢丝皮带，寿命长，可靠性高。
驱动动滑轮与平衡动滑轮的轮缘直径相等，且不小于第二定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮、第五定滑轮、第六定滑轮和第七定滑轮的轮缘直径。
第五定滑轮与第六定滑轮的轮缘直径相等，第三定滑轮与第七定滑轮的直径相等。
在正常的工作过程中，当所述三位四通换向阀处于第一换向态和第二换向态时，液压泵的设定输出油压低于溢流阀的压力设定值而使溢流阀不能动作导通，所设定溢流阀的压力设定值不高于液压部分的压力耐受限度。
当锁定抽油杆在某位置时，所述三位四通换向阀处于中间截止态。
当锁定抽油杆在某位置时，液压泵停止转动。
连接皮带中的拉应力小于传动皮带或平衡传动带中的拉应力。
在抽油的工作过程中，根据下行程检测器和上行程检测器的输出信号控制所述三位四通换向阀的工作状态在第一换向态与第二换向态之间开始切换的时刻，当三位四通换向阀切换工作状态以使液压缸的活塞杆反方向输出动力和位移时，使液压泵降低转速最低转速设定值，以降低输出油流量，伺服电机开始反方向启动以驱动直线运动转换装置进而使所述阀芯在三位四通换向阀内反方向缓慢移动，以使液压缸中的油流量首先缓慢减小至0，然后反方向缓慢增加，延长三位四通换向阀切换工作状态的时间，以降低换向过程中流过三位四通换向阀中单位时间油流量的变化量，待三位四通换向阀完成换向动作后，伺服电机停止转动，液压泵提高转速至最高设定转速值进而使其输出油流量增加至最高设定值，则液压缸中的油流量增加至最高设定值，使液压缸的活塞杆反方向输出动力和位移，以消除三位四通换向阀换向时产生的冲击力，依据油井的产油量设置液压泵的最高设定转速值和液压缸的活塞杆输出端的上下限位置，所述液压泵的最高设定转速值不高于液压泵的额定转速值。
本发明所述的倾角开关所具有的有益效果为：设置配重块以平衡抽油杆的作用力，在配重块与悬绳器之间设置连接皮带相连接，并使该连接皮带中的拉应力小于传动皮带或平衡传动带中的拉应力，连接皮带的使用寿命长，使连接皮带成为传动皮带或平衡传动带断裂后的后备连接件，使系统故障不会扩大，并有利于系统的维修；所述的三位四通换向阀有3个工作状态，其第一换向态和第二换向态满足液压缸的输出位移，其中间截止态可以使液压缸的输出位移固定在某个固定位置，便于系统的维护或维修；采用变频调速的方案调节液压泵的转速，节能高效，变频器也会对液压泵提供比较完善的保护，提高了可靠性，采用上行程检测器和下行程检测器用于检测液压杆输出端的极限位置，以控制抽油杆的行程和冲次，提高了系统对多种工况的适应能力，通用性强；在液压泵的出油管处连接溢流阀，该溢流阀用于防止液压部分油压过高的安全保护作用，在系统正常工作过程中溢流阀没有油液流过，所以大大降低了液压系统中的能量消耗，提高了整机效率；在换向时，采用伺服电机驱动三位四通换向阀缓慢换向，并降低液压泵的输出油流量，大大降低了换向冲击力，延长了设备的寿命。
附图说明
图1所示为本发明所述平衡式无冲击液压抽油机的原理示意图。
其中，1、基座 2、转轴 3、第一定滑轮 4、液压缸 401、缸筒 402、活塞杆 5、传动皮带 501、第一松紧调节装置 6、平衡传动带 601、第二松紧调节装置 7、连接皮带 8、驱动动滑轮 9、第二定滑轮 10、第三定滑轮 11、悬绳器 12、抽油杆 13、平衡动滑轮 14、第四定滑轮 15、第五定滑轮 16、配重块 17、第六定滑轮 18、第七定滑轮19、轮轴连接件 20、挡块 21、下行程检测器 22、上行程检测器 23、电气控制模块24、变频电机 25、液压泵 26、溢流阀 27、伺服电机 28、直线运动转换装置 29、阀芯30、三位四通换向阀。
还有，因液压缸4的遮挡，第一定滑轮3的轮轴和支撑机构并未画出，但这并不影响对本发明所述方案的描述。
具体实施方式
下面以附图所示实施例为例对本发明所述平衡式无冲击液压抽油机的技术方案做进一步的详细说明。
如附图1所示，一种平衡式无冲击液压抽油机，包括机械部分和电气控制部分，在所述机械部分中设置液压部分，所述电气控制部分为液压部分提供动力，并控制液压部分的动作，在所述液压部分中设置液压缸4，由液压缸4通过传动皮带5驱动抽油杆12往复运动实现抽油功能，其特征在于：所述液压缸4包括缸筒401和活塞杆402，所述缸筒401通过转轴2连接固定的基座1，在基座1上设置第一定滑轮3，在活塞杆402的输出端设置驱动动滑轮8、平衡动滑轮13和挡块20, 驱动动滑轮8的轮轴与平衡动滑轮13的轮轴相互平行且二者之间由轮轴连接件19相连接，所述驱动动滑轮8的轮轴和平衡动滑轮13的轮轴是同轴心或不同轴心连接；所述传动皮带5的一端连接第一松紧调节装置501的一端，第一松紧调节装置501的另一端为固定设置，传动皮带5的另一端连接悬绳器11，悬绳器11连接抽油杆12，所述传动皮带5依次绕设在驱动动滑轮8、第一定滑轮3、第二定滑轮9和第三定滑轮10的轮缘上，所述第一松紧调节装置501用于调节传动皮带5的松紧程度；在所述机械部分中设置配重块16，以平衡抽油杆12的作用力，所述配重块16为悬挂状态，配重块16分别连接平衡传动带6的一端和连接皮带7的一端，所述平衡传动带6的另一端连接第二松紧调节装置601的一端，所述第二松紧调节装置601的另一端为固定设置，所述平衡传动带6依次绕设在平衡动滑轮13、第四定滑轮14和第五定滑轮15的轮缘上；所述连接皮带7的另一端连接悬绳器11，所述第二松紧调节装置601用于调节平衡传动带6的松紧程度，连接皮带7依次绕设在第六定滑轮17和第七定滑轮18的轮缘上。
通过分别调节第一松紧调节装置501和第二松紧调节装置601以调节传动皮带5和平衡传动带6的松紧程度，使连接皮带7中的拉应力应小于传动皮带5或平衡传动带6中的拉应力，连接皮带的使用寿命长，使连接皮带成为传动皮带或平衡传动带断裂后的后备连接件，当传动皮带5或平衡传动带6断裂后，使抽油杆12或配重块16不会掉落，使系统故障不会扩大，并有利于系统的维修。
在所述的电气控制部分中设置下行程检测器21和上行程检测器22用于检测挡块20的位置进而检测液压缸4的活塞杆402输出端的位置，下行程检测器21和上行程检测器22的输出信号进入电气控制模块23内，电气控制模块23根据该信号控制伺服电机27的转向，伺服电机27的输出端连接直线运动转换装置28的输入端，所述直线运动转换装置28输出直线机械运动，直线运动转换装置28的输出端驱动三位四通换向阀30的阀芯29，所述三位四通换向阀30的回油口T和供油口P分别通过油管连接至储油箱和液压泵25的出油管, 所述三位四通换向阀30的工作油口A和工作油口B分别通过油管连接液压缸4的两个工作油口，使所述三位四通换向阀30能够控制液压缸4中液压油流动的方向，所述液压泵25的出油管还连接溢流阀26的进油管，溢流阀26的出油管连接至储油箱，所述液压泵25的进油管连接至储油箱；所述液压泵25由变频电机24驱动，通过变频调速设定液压泵25的转速，进而设定液压泵25的输出油流量和油压，所述液压泵25的设定输出油流量和油压不高于其额定值，所述变频电机24由电气控制模块23内的变频器驱动；所述三位四通换向阀30的工作状态依次包括第一换向态、中间截止态和第二换向态，三位四通换向阀30的工作状态在第一换向态与第二换向态之间切换的过程中要经过中间截止态，当所述三位四通换向阀30工作于第一换向态时，其供油口P与工作油口B相通，其回油口T与工作油口A相通，当所述三位四通换向阀30工作于中间截止态时，其供油口P与回油口T相通，其工作油口A和工作油口B关闭，当所述三位四通换向阀30工作于第二换向态时，其供油口P与工作油口A相通，其回油口T与工作油口B相通。
所述的传动皮带5、平衡传动带6和连接皮带7是钢丝皮带，寿命长，可靠性高。
驱动动滑轮8与平衡动滑轮13的轮缘直径相等，且不小于第二定滑轮9、第三定滑轮10、第四定滑轮14、第五定滑轮15、第六定滑轮17和第七定滑轮18的轮缘直径。
第五定滑轮15与第六定滑轮17的轮缘直径相等，第三定滑轮10与第七定滑轮18的直径相等。
在正常的工作过程中，当所述三位四通换向阀30处于第一换向态和第二换向态时，液压泵25的设定输出油压低于溢流阀26的压力设定值而使溢流阀26不能动作导通，所设定溢流阀26的压力设定值不高于液压部分的压力耐受限度。
当锁定抽油杆12在某位置时，所述三位四通换向阀30处于中间截止态。
当抽油系统需要维护或维修时，需要液压缸4的活塞杆402处于某个位置不动，此时可以把三位四通换向阀30转换至中间截止态，使液压缸4中的油液即不能流入也不能流出，达到了液压缸4处于某个位置不动的目的，也就是达到了锁定的目的，所以所述三位四通换向阀30的中间截止态非常适用于设备的维护或维修。
当锁定抽油杆12在某位置而使所述三位四通换向阀（30）处于中间截止态时，优选方案是设置液压泵25为停止状态，节约能耗，降低设备磨损。
连接皮带7中的拉应力小于传动皮带5或平衡传动带6中的拉应力。
在抽油的工作过程中，根据下行程检测器21和上行程检测器22的输出信号控制所述三位四通换向阀30的工作状态在第一换向态与第二换向态之间开始切换的时刻，当三位四通换向阀30切换工作状态以使液压缸4的活塞杆402反方向输出动力和位移时，使液压泵25降低转速最低转速设定值，以降低输出油流量，伺服电机27开始反方向启动以驱动直线运动转换装置28进而使所述阀芯29在三位四通换向阀30内反方向缓慢移动，以使液压缸4中的油流量首先缓慢减小至0，然后反方向缓慢增加，延长三位四通换向阀30切换工作状态的时间，以降低换向过程中流过三位四通换向阀30中单位时间油流量的变化量，待三位四通换向阀30完成换向动作后，伺服电机27停止转动，液压泵25提高转速至最高设定转速值进而使其输出油流量增加至最高设定值，则液压缸4中的油流量增加至最高设定值，使液压缸4的活塞杆402反方向输出动力和位移，以消除三位四通换向阀30换向时产生的冲击力，依据油井的产油量设置液压泵25的最高设定转速值和液压缸4的活塞杆402输出端的上下限位置，所述液压泵25的最高设定转速值不高于液压泵25的额定转速值。
所述液压泵25的最高转速值和最低转速设定值通过变频器设定，进而对其对应输出的油流量和油压进行间接设定，且液压泵25的各设定值均应不高于额定值。
在正常的工作过程中，溢流阀26作为压力安全保护的部分没有导通，也没有能量消耗，提高了整机效率，但当发生诸如卡井、卡缸等使液压部分压力升高至超过溢流阀26的压力设定值的非正常事件时，溢流阀26导通泄压，以第一时间保护系统免受损害。
本发明所述方案新颖独特、高效实用，具有突出的实质性特点和显著的进步。
当然，在不脱离本发明的框架的情况下，还可以有其它的选择和发展以及我们能够预想得到的等效装置。

Claims (10)

1.一种平衡式无冲击液压抽油机，包括机械部分和电气控制部分，在所述机械部分中设置液压部分，所述电气控制部分为液压部分提供动力，并控制液压部分的动作，在所述液压部分中设置液压缸（4），由液压缸（4）通过传动皮带（5）驱动抽油杆（12）往复运动实现抽油功能，其特征在于：所述液压缸（4）包括缸筒（401）和活塞杆（402），所述缸筒（401）通过转轴（2）连接固定的基座（1），在基座（1）上设置第一定滑轮（3），在活塞杆（402）的输出端设置驱动动滑轮（8）、平衡动滑轮（13）和挡块（20）, 驱动动滑轮（8）的轮轴与平衡动滑轮（13）的轮轴相互平行且二者之间由轮轴连接件（19）相连接，所述驱动动滑轮（8）的轮轴和平衡动滑轮（13）的轮轴是同轴心或不同轴心连接；所述传动皮带（5）的一端连接第一松紧调节装置（501）的一端，第一松紧调节装置（501）的另一端为固定设置，传动皮带（5）的另一端连接悬绳器（11），悬绳器（11）连接抽油杆（12），所述传动皮带（5）依次绕设在驱动动滑轮（8）、第一定滑轮（3）、第二定滑轮（9）和第三定滑轮（10）的轮缘上，所述第一松紧调节装置（501）用于调节传动皮带（5）的松紧程度；在所述机械部分中设置配重块（16），所述配重块（16）为悬挂状态，配重块（16）分别连接平衡传动带（6）的一端和连接皮带（7）的一端，所述平衡传动带（6）的另一端连接第二松紧调节装置（601）的一端，所述第二松紧调节装置（601）的另一端为固定设置，所述平衡传动带（6）依次绕设在平衡动滑轮（13）、第四定滑轮（14）和第五定滑轮（15）的轮缘上；所述连接皮带（7）的另一端连接悬绳器（11），所述第二松紧调节装置（601）用于调节平衡传动带（6）的松紧程度，连接皮带（7）依次绕设在第六定滑轮（17）和第七定滑轮（18）的轮缘上。
2.根据权利要求1所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：在所述的电气控制部分中设置下行程检测器（21）和上行程检测器（22）用于检测挡块（20）的位置进而检测液压缸（4）的活塞杆（402）输出端的位置，下行程检测器（21）和上行程检测器（22）的输出信号进入电气控制模块（23）内，电气控制模块（23）根据该信号控制伺服电机（27）的转向，伺服电机（27）的输出端连接直线运动转换装置（28）的输入端，所述直线运动转换装置（28）输出直线机械运动，直线运动转换装置（28）的输出端驱动三位四通换向阀（30）的阀芯（29），所述三位四通换向阀（30）的回油口T和供油口P分别通过油管连接至储油箱和液压泵（25）的出油管, 所述三位四通换向阀（30）的工作油口A和工作油口B分别通过油管连接液压缸（4）的两个工作油口，使所述三位四通换向阀（30）能够控制液压缸（4）中液压油流动的方向，所述液压泵（25）的出油管还连接溢流阀（26）的进油管，溢流阀（26）的出油管连接至储油箱，所述液压泵（25）的进油管连接至储油箱；所述液压泵（25）由变频电机（24）驱动，通过变频调速设定液压泵（25）的转速，进而设定液压泵（25）的输出油流量和油压，所述液压泵（25）的设定输出油流量和油压不高于其额定值，所述变频电机（24）由电气控制模块（23）内的变频器驱动；所述三位四通换向阀（30）的工作状态依次包括第一换向态、中间截止态和第二换向态，三位四通换向阀（30）的工作状态在第一换向态与第二换向态之间切换的过程中要经过中间截止态，当所述三位四通换向阀（30）工作于第一换向态时，其供油口P与工作油口B相通，其回油口T与工作油口A相通，当所述三位四通换向阀（30）工作于中间截止态时，其供油口P与回油口T相通，其工作油口A和工作油口B关闭，当所述三位四通换向阀（30）工作于第二换向态时，其供油口P与工作油口A相通，其回油口T与工作油口B相通。
3.根据权利要求1所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：所述的传动皮带（5）、平衡传动带（6）和连接皮带（7）是钢丝皮带。
4.根据权利要求1所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：驱动动滑轮（8）与平衡动滑轮（13）的轮缘直径相等，且不小于第二定滑轮（9）、第三定滑轮（10）、第四定滑轮（14）、第五定滑轮（15）、第六定滑轮（17）和第七定滑轮（18）的轮缘直径。
5.根据权利要求4所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：第五定滑轮（15）与第六定滑轮（17）的轮缘直径相等，第三定滑轮（10）与第七定滑轮（18）的直径相等。
6.根据权利要求2所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：在正常的工作过程中，当所述三位四通换向阀（30）处于第一换向态和第二换向态时，液压泵（25）的设定输出油压低于溢流阀（26）的压力设定值而使溢流阀（26）不能动作导通，所设定溢流阀（26）的压力设定值不高于液压部分的压力耐受限度。
7.根据权利要求2所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：当锁定抽油杆（12）在某位置时，所述三位四通换向阀（30）处于中间截止态。
8.根据权利要求7所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：当锁定抽油杆（12）在某位置时，液压泵（25）停止转动。
9.根据权利要求1所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：连接皮带（7）中的拉应力小于传动皮带（5）或平衡传动带（6）中的拉应力。
10.根据权利要求2或6之任一权利要求所述的平衡式无冲击液压抽油机，其特征在于：在抽油的工作过程中，根据下行程检测器（21）和上行程检测器（22）的输出信号控制所述三位四通换向阀（30）的工作状态在第一换向态与第二换向态之间开始切换的时刻，当三位四通换向阀（30）切换工作状态以使液压缸（4）的活塞杆（402）反方向输出动力和位移时，使液压泵（25）降低转速至最低转速设定值，以降低输出油流量，伺服电机（27）开始反方向启动以驱动直线运动转换装置（28）进而使所述阀芯（29）在三位四通换向阀（30）内反方向缓慢移动，以使液压缸（4）中的油流量首先缓慢减小至0，然后反方向缓慢增加，延长三位四通换向阀（30）切换工作状态的时间，以降低换向过程中流过三位四通换向阀30中单位时间油流量的变化量，待三位四通换向阀（30）完成换向动作后，伺服电机（27）停止转动，液压泵（25）提高转速至最高设定转速值进而使其输出油流量增加至最高设定值，则液压缸（4）中的油流量增加至最高设定值，使液压缸（4）的活塞杆（402）反方向输出动力和位移，以消除三位四通换向阀（30）换向时产生的冲击力，依据油井的产油量设置液压泵（25）的最高设定转速值和液压缸（4）的活塞杆（402）输出端的上下限位置，所述液压泵（25）的最高设定转速值不高于液压泵（25）的额定转速值。
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